Fortællingen om den elektriske frø og den italienske fysiker Alessandro Volta, grundlæggeren af ​​elteorien

Fortællingen om den elektriske frø og den italienske fysiker Alessandro Volta, grundlæggeren af ​​elteorien

Nick. Gorkavyy
"Science and Life" №4, 2017

Andre videnskabelige fortællinger Nick. Gorky se i "Science and Life" № 11, 2010, № 12, 2010, № 1, 2011, № 2, 2011, № 3, 2011, № 4, 2011, № 5, 2011, № 6, 2011, № 9, 2011, nr. 11, 2011, nr. 6, 2012, nr. 7, 2012, nr. 8, 2012, nr. 9, 2012, nr. 10, 2012, nr. 12, 2012, nr. 1, 2013, nr. 11, 2013, nr. 1, 2014, nr. 2, 2014, nr. 3, 2014, nr. 7, 2014, nr. 8, 2014, nr. 10, 2014, nr. 12, 2014, nr. 1, 2015, nr. 4, 2015, nr. 5, 2015, nr. 6, 2015, nr. 7, 2015, nr. 9, 2015, nr. 1, 2016, nr. 2, 2016, nr. 3, 2016, nr. 6, 2016, nr. 8, 2016, nr. 11, 2016, nr. 2, 2017.

Journal version af en af ​​de videnskabelige historier fra den nye bog Nick. Bitter "Electric Dragon", som for nylig blev offentliggjort af forlaget "AST".

Alessandro Volta med sin vigtigste opfindelse – den elektriske stolpe, som ændrede ideen om forekomsten af ​​elektrisk opladning. Illustration: Wikimedia Commons / PD

"Engang var der en elektrisk frø …" begyndte næste aften eventyr Prinsesse Dzintar.

– mor! – udbrød Galatea. – Du fortalte om de "elektriske drager" sidste gang! Hvor kom frøen fra?

– Nå … – Dzintara strækkede eftertænksomt, – der findes også elektriske frøer. Uden dem ville historien om elektricitet være ufuldstændig. De har vist sig meget nyttige til undersøgelsen af ​​"elektriske drager". Ud fra en biologs synsvinkel er det meget mere bekvemt at udforske en frø end en drage – den bider mindre. Men først vil jeg fortælle dig om en lille dreng …

"Var denne dreng ved et uheld elektrisk?" – spurgte Andrei.

– Jeg tror barnet var den mest "elektriske" af børnene! – bekræftede Dzintara, og hendes egne børn så på hinanden i forvirring.

– Jeg starter fra det fjerne. Ved foden af ​​Alperne, ikke langt fra den schweiziske grænse, ligger Comosøen (Lago di Como), der er berømt i Italien og langt over grænserne. På sine kyster bygget mange storslåede paladser og villaer. Her hvilede de romerske patricians fra sommervarmen. Comosøen er også forbundet med videnskabens historie. Det italienske videnskabsakademi udfører jævnligt her i kystbyen Varenne, videnskabelige skoler opkaldt efter den italienske kernefysiker Enrico Fermi, som fysikere fra hele verden samles. Stedet blev ikke tilfældigt valgt. I midten af ​​det 18. århundrede blev den fremtidige berømte fysiker, kemiker og fysiolog Alessandro Volta født i byen Como.

Udsigt over søen og byen Como, fødestedet for Alessandro Volta. Foto: LiZa / Wikimedia Commons / A-SA-4.0

Alessandro blev født fra et hemmeligt ægteskab med datteren til en lokal earl og en katolsk præst, som var forbudt at have en familie ved kirkens regler. I flere år voksede drengen op under tilsyn af en landsby sygeplejerske. Han var munter og sund, men han begyndte at tale kun i en alder af syv år. På dette tidspunkt døde hans far, og Alessandro faldt under hans onkel, kanonens pleje.Han tog beslutsomt op dannelsen af ​​sin nevø. Drengen studerede latin, aritmetik og historie. Han viste sig at være meget intelligent, greb ny viden på flugt, bortset fra de eksakte videnskaber, var meget interesseret i kunstmaleri og musik. I en alder af ti år, der havde lært om det jordskælv i 1755, der havde gjort livet gældende for et hundrede tusind mennesker, lovede Alessandro at opgrave mysteriet om dette forfærdelige naturlige fænomen. I 1758 skete der en anden begivenhed, der rystede drengen og påvirket hans skæbne. På en dag og en time præcis sat af den engelske astronom Edmund Halley, kom en komet i nathimlen. Den himmelske krop skinnede så klart, at det var umuligt at ikke se det. Til ære for Halley blev kometen navngivet efter ham. Forudsigelsen beregnede Alessandro's fantasi, at han vendte sig om astronomernes værker, til den newtonske teori om aggression og endelig forbandt sin skæbne med fysikken. Lyn og elektriske fænomener interesserede også den unge videnskabsmand, han forsøgte endda at forklare deres natur i en poetisk form – ligesom den store romerske digter Lucretius, der gerne udtrykte videnskabelige ideer på et poetisk sprog.

Lære om Benjamin Franklin's arbejde (se"Science and Life" (nummer 2, 2017), Alessandro – han var da 23 år gammel – var den første til at installere en lynleder med klokker i byen Como, der rammer byen med denne enhed. Volta skrev en afhandling om elektriske eksperimenter med leyden banker, og i en alder af 34 blev han professor ved et universitet i den italienske by Pavia.

Til de nye eksperimenter blev han skubbet af de elektriske eksperimenter fra den italienske Luigi Galvani, en professor ved Bologna Universitet. Galvani var fysiolog og fysiker på samme tid. På hans laboratoriebord var der både forberedt frøer og elektriske apparater i nærheden. Luigi var gift med datteren af ​​sin lærer – Lucia Galeazzi. Fra barndommen blev hun vant til videnskabelige eksperimenter hos hendes fars hus og deltog villigt i sin mands laboratorium. Hun kunne ikke lide at dissekere frøer, men håndtaget på en elektroforarbejdningsmaskine*som gav lyse elektriske gnister, vendte med glæde.

Til venstre: Luigi Galvani. Illustration: Wikimedia Commons / PD. Til højre: naturalist Lucia Galeazzi Galvani. Illustration: Unibo. det

Når Luchiya udviste gnister fra hendes foretrukne enhed, og Galvanis assistent forberedte en forberedt frø til et af forsøgene.Da han rørte den nøgne frøs nerve med en metalskalpel, rystede hendes fod pludselig. Kvinden opdagede, at hendes bil gav et lyst gnist i det øjeblik, og samtidig mellem skalpel og frøens pote, der lå i den anden ende af bordet, gik den elektriske gnist også ud. Lucia rapporterede straks sin observation til sin mand, og han begyndte straks at undersøge det observerede fænomen, idet han havde glemt det oprindelige formål med eksperimentet. Galvani opdagede, at frøens fod kørte selv uden en elektroformaskin, hvis en kæde af forskellige metalgenstande blev fastgjort til den, for eksempel en jernnøgle eller en sølvmønte.

Laboratoriet, hvor Luigi Galvani udførte sine eksperimenter. Venstre på bordet – elektroforer maskine. Illustration: Wikimedia Commons / PD

Forskeren offentliggjorde sine observationer og gjorde en uventet konklusion, at den gnist, som frøens pote reagerede på, var forårsaget af "dyrelektro", der var skabt af frøen selv. Denne konklusion syntes ret logisk ud fra baggrunden for de daværende undersøgelser af elektrisk fisk (fænomenet elproduktion ved havstråler og ål var allerede kendt).Lægerne foreskrev endog de helbredende elektriske stød af elektrisk ål til nogle patienter, og denne procedure kostede mange penge. Eksperimenter Galvani skabte en fornemmelse blandt forskere.

Galatea chuckled:

"Og panik blandt frøerne, som ikke var så glade for sådanne nyheder."

"Galvani besluttede," sagde Andrew eftertænksomt, "at kilden til den nuværende er froskens fod selv." Men han tog ikke mærke til hans kones observationer og fandt det faktum at arbejde tæt på et elektroforeringsapparats skæve ben ubetydeligt.

– Ja! Denne forsømmelse førte til en fejl, – bekræftede Dzintara. – Selvfølgelig strømmer strømmen i levende væsener, men de er meget svage og kan ikke forårsage sådanne mærkbare muskelkontraktioner i en død frø som Galvani observerede i hans forsøg.

Alessandro gentog eksperimenter med en frø og var ikke enig i konklusionerne fra Galvani. Han foreslog, at frøens fod kun tjener som en præcis elektrometer, en nuværende måler, og selve strømmen er ekstern, og det sker, når forskellige metaller går sammen.

"Eller under en elektrophore maskine," sagde den pedantiske Andrei.

Dzintara nikkede og bemærkede:

– Jeg har altid været interesseret i spørgsmålet om, hvordan den eneste rigtige ide kommer til at tænke på en videnskabsmand? Jeg tror, ​​han skal vide meget for at bringe forskellige fænomener ind i ét billede.Alessandro Volta havde stor viden, han læste især om erfaringerne fra den schweiziske læge Jean-Jacques Sulzer, som fandt ud af, at hvis du lægger tungen i tilstødende stykker tin og sølv, vil der forekomme en sur smag i munden, mens denne tin og sølv separat ikke forårsage Volta foreslog, at den samme elektriske proces forekommer i munden som i Galvanis eksperimenter, kun et levende sprog virker som en død frø. Volta gentog personligt Sulzer's oplevelse og følte, som han skrev, "smagen af ​​elektricitet" eller "den samme sure smag, som når tungen nærmede sig en kunstigt elektrificeret leder …".

Alessandro begyndte at eksperimentere med sølvskejer, guldmønter, zink og tinplader. Engang satte han fire assistenter i en cirkel på gulvet, dækket af en isolator (harpiks). Den første kompis tog en zinkplade i sin våde hånd og rørte andenmands tungen med sin anden hånds finger. Den anden kompis sætter en vågen finger til det tredje øje. Han og den fjerde kompis holdt en gutted frø i deres hænder.Den fjerde havde en sølvplade i sin frie hånd, og da han rørte zinkpladen i den første kameras hånd med den, rykkede frøen, en sur smag dukkede op i andenmands mund, og den tredje syntes at gnister spillede fra hans øjne.

– Tak Volta for ikke at holde en død frø i din mund! – mumlede Galatea.

"Denne spektakulære oplevelse," fortsatte Dzintar, "viste at to forbundne stykker af forskellige metaller var kilden til elektricitet. Men hvordan kan effekten styrkes? Volta sænkede zink- og kobberelektroder i en opløsning af svovlsyre og forbandt dem med en ledning. Zinkelektroden begyndte at opløse, og bobler begyndte at stige nær kobberelektroden. Alessandro var således overbevist om, at strømmen gik gennem ledningen!

– Og hvorfor mellem pladerne fanget i syren, en elektrisk strøm? – Galatea var overrasket

Dzintara begyndte at forklare:

– Dette er hvad der sker i en opløsning af svovlsyre, hvor zink- og kobberpladerne er forbundet, forbundet med en ledning: et svovlsyre H2SO4 "svømmer" i vandet som en rovfisk. Dette molekyle består af et svovlatom, hvortil det er fast forbundet med dobbeltbindingerne af et par oxygenatomer.To yderligere oxygenatomer er bundet til svovlatomet ved en enkeltbinding, og to hydrogenatomer er bundet til disse oxygenatomer. I en opløsning af svovlsyre kan hydrogenatomer bryde væk fra molekylet og "flyde" i form af to positivt ladede ioner (kationer). Når et syremolekyle taber to atomer af hydrogen, bliver dets "karakter forværret", bliver det et frit radikal eller en negativ ion – SO anionen.4. Denne anion er meget aggressiv: hvis den støder på en metalelektrode i sin vej, angriber den på den som piranha.

– Hvordan pyranion! – kom med et nyt ord Galatea.

– Anion eller frie radikaler, der bærer et par fri iltbindinger som tænder eller pincer, biter et positivt ladet metalatom ud af en metalvæg. Har vedhæftet det til sig selv, anionen "beroliger" og omdanner til et inaktivt sulfat eller salt af dette metal. En metalelektrode, hvor syren "bitter" en positiv ion, forbliver med et par ekstra elektroner og viser sig at være negativt ladet. På grund af dette tiltrækker elektroden positive hydrogenioner eller protoner, hvilket giver dem en elektron og gør dem til hydrogenbobler.Derfor, hvis du lægger et stykke zink i svovlsyre, begynder det at boble med hydrogen. Men situationen ændrer sig drastisk, hvis kobberpladen lægges ned i syren og fastgøres til zinkelektroden med en ledning. I et sådant par frigives brintbobler kun på kobberelektroden, mens den syreforstøvede zinkelektrode hurtigt mørkner.

"Hvorfor stopper hydrogenet boblende på zinkelektroden?" – spurgte Andrei. – Trods alt stod han ud, indtil kobberelektroden blev sænket ned i syren.

– Når kobberelektroden var i en syreopløsning, gik en del af elektronerne fra den forfaldne zinkelektrode over til den, idet kobberet blev ladet negativt. Og så begyndte kobber at tiltrække hydrogenioner, der flyder i syreopløsningen, og forsyne dem med elektroner, hvorfor de dannede hydrogenmolekyler og bobler.

"Jeg forstår ikke," galatea rynkede. "Hvorfor bryder kobberelektroden ikke ned i syre?"

– "Predatoriske" anioner angriber begge elektroder, men det er meget lettere for dem at "bide" ioner af zink eller jern end fra kobber eller sølv. Derfor oplades zinkelektroden hurtigere end kobberen, og overskydende elektroner overføres til det gennem ledningen.En negativ ladning skubber væk fra kobberelektroden "rovdyr" anioner, som også er negativt ladet.

Kop elektrisk batteri og "Volt søjle". En tegning fra Alessandro Volts brev til præsidenten for Royal Society of London. Illustration: Wikimedia Commons / PD

Sørg for, at koppen med syre og et par elektroder giver en strøm, Volta begyndte at eksperimentere med en kæde af sådanne kopper, og derefter opfandt han et mere bekvemt design til forsøgene. Han tog kobber- og zinkplader, adskilt dem med filt dæmpet med svovlsyre, og fik et simpelt element, der producerer elektrisk strøm. Ved at lægge flere sådanne elementer oven på hinanden skabte Volta et design kaldet "volt pole" eller "volt battery" – verdens første kemiske strømkilde!

Den 20. marts 1800 sendte Alessandro Volta et brev til præsidenten for Royal Society of London med titlen: "På elektricitet produceret af den enkle kontakt mellem forskellige ledende stoffer." I et brev skrev Volta: "Jeg har det med glæde at informere dig, Signor og gennem dit bureau til Royal Society om nogle fantastiske resultater, jeg har modtaget. Det vigtigste er at skabe en enhed, der ved sine handlinger, det vil sige ved at ryste mærket af hånden osv., Ligner en Leyden-krukke eller en svagt ladet el-maskine, men som dog fungerer kontinuerligt i et ord giver det en kontinuerlig strøm elektrisk væske. "

Præsidenten for Royal Society, Baronet Joseph Banks, viste brevet til sine venner, Londons læge Anthony Carlyle og ingeniør William Nicholson. De slog i brand med ideen om Volta, og allerede den 30. april ifølge hans beskrivelser blev en kolonne på sytten par plader og klud fugtet med svovlsyre lagt ned. "Lad os lave noget eksperiment med denne" voltsøjle "!" – Anthony foreslog. William på det tidspunkt forbandede sin syreforbrændte finger under en vandstrøm. Joseph, roligt at ryge sin røret i en behagelig stol, straks aftalt.

William tog et glasrør med vand, plukket det fra to sider med propper, hvorigennem han passerede messingkabler og koblede dem til forskellige poler af et "voltbatteri". Et messingtråd begyndte at mørkere i vand og blive dækket af blomst, bobler af ukendt gas løb fra den anden. "Vandets sammensætning er hydrogen!" – foreslog Joseph."Ja," svarede William grimt. "Jeg hørte det eksploderer." "Nødt til at kontrollere!" – Joseph sagde godmodigt fra stolen. William blandede den dannede gas med luft i lige store mængder og satte i brand, idet han tidligere havde vendt sig bort. Der var et højt bang, og fragmenter af en glaskugle blev fyldt med en vred eksperimentator.

Resultatet af dette forsøg var Joseph Banks præstationer den 26. juni 1800 på et møde i Royal Society of London. Han udgav et brev til Volta, og Carlyle med Nicholson demonstrerede dem, der præsenterer et forsøg på nedbrydning af vand. Tidligere krævede et lignende eksperiment elektriske gnister fra Leyden krukker, og nu gik processen kontinuerligt under aktionen af ​​en "volt-kolonne", som var yderst let at lave!

Volta's budskab blev offentliggjort i Royal Societys skrifter, og forskere verden over har lært, at elektrisk strøm ikke kun kan opnås ved tordenvejr og friktion, men også gennem enkle kemiske reaktioner.

I 1801 blev Alessandro Volta inviteret til Paris. Hans tur til Europa var triumferende. I hver by, hvor han opholdt sig, gav Volta en rapport om sin opdagelse.Paris akademikere, selv før hans ankomst, genskabte "voltaic pole" og gentog alle de eksperimenter, der er beskrevet i meddelelsen. En af rapporterne og demonstrationen af ​​forsøg fandt sted i nærværelse af kejseren Napoleon, der dræbte Volta med kongelige favoriserer, beordrede at slå en medalje til hans ære og oprette en præmie på 80.000 ECU. Efterfølgende modtog Volta titlen på tæller og senator for kongeriget Italien.

Alessandro Volta demonstrerer "Volta-søjlen" til kejser Napoleon i 1801. Kunstner Giuseppe Bertini

– Hvorfor blev kejseren interesseret i Voltas eksperimenter? spurgte Galatea.

– Napoleon så, hvordan elektricitet driver en død frosks fod i bevægelse og besluttede at det ville være i stand til at genoplive dem, der døde på slagmarken og generelt ville gøre en person udødelig.

– Men elektricitet kan ikke genoplive en mand! – sagde Andrew.

"Som tiden gik, lærte menneskeheden, at en elektrisk strøm kan starte et stoppet hjerte, og en pacemaker gør det muligt for et sygt hjerte at arbejde længere. Så der var en vis sandhed i Napoleons forventninger, selvfølgelig, selvfølgelig er biologisk udødelighed for kompliceret til at forsyne med et elektrisk batteri.Men fra fysiks synspunkt var Voltas arbejde et gennembrud i fremtiden. Mange universiteter i verden begyndte at vælge ham som deres medlem og til at invitere de bedste universiteter i Europa til at arbejde.

Nyhederne om "voltaic column" har nået Rusland. I efteråret 1801 viste Count A. Musin-Pushkin på et møde i Videnskabsakademiet nogle interessante eksperimenter med et Volta-batteri bestående af 150 elementer. En anden russisk professor i fysik, Vasily Vladimirovich Petrov, bygget et batteri på 2100 celler og fik for første gang en elektrisk lysbue.

"Hun blev overvåget af Benjamin Franklin i hans hus under tordenvejr!" – udbrød Galatea.

– Ja, – svarede Dzintara, – først før det var ukontrollabelt tordenvejr, og nu – helt tæmmet kunstig bue.

– Tamed domestic dragon! – blev enige om Galatea.

– I 1808 blev det samme kraftige Volt-batteri bygget af den britiske Humphrey Davy for at observere den elektriske lysbue. Ved hjælp af Davys "voltaiske søjle" opdagede elektrolyse nye metaller – natrium og kalium. For disse fremragende præstationer blev han hævet til rangen af ​​baronet. Efter ham begyndte forskere rundt om i verden at skabe "voltaiske søjler", og nye opdagelser inden for elektricitet faldt som en overordnede.

Monument til Alessandro Volta i byen Como, hvor han blev født. Foto: Sailco / Wikimedia Commons / CC-BY-2.5

Voltas biograf, hans nutidige franske fysiker Francois Arago, skrev: "… Denne søjle af forskellige metaller adskilt af en lille mængde væske udgør et projektil, mere vidunderligt end det, man aldrig opfandt, uden at udelukke selv et teleskop og en dampmotor."

Kigger tilbage, kan det 18. århundrede kaldes århundredet af electrophore maskiner, ladet Leyden krukker og bolde. En mand lærte at oprette og opbevare elektriske ladninger, "udskære" elektriske gnister og forårsage elektriske stød. Det var en alder af elektrostatik. I 1785 opdagede den franske fysiker Charles Coulomb loven om styrken af ​​interaktionen mellem to ladede bolde. Han formulerede det som "Den grundlæggende lov af elektricitet. Den repulsive kraft af to små bolde, elektrificeret af samme slags elektricitet, er omvendt proportional med kvadratet af afstanden mellem de to bolders centre." I dag går Coulombs lov således: "Styrken af ​​interaktionen mellem to punktafgifter i et vakuum er direkte proportional med ladningsmodulets produkt og omvendt proportional med kvadratet af afstanden mellem dem."

Oprettelsen af ​​Alessandro Volta fra det første elektriske batteri ved omgangen af ​​XVIII-XIX århundreder gav impulser til elektrodynamik.Videnskaben har til sin rådighed en konstant kilde til elektrisk strøm, takket være hvilket XIX århundrede var begyndelsen på den elektriske æra i menneskehedens historie.

"Så Volta kørte en" elektrisk drage ", som en geni, i en flaske, eller rettere ind i en" voltaisk stolpe "og fik ham til at arbejde for mennesker," opsummerede Galatea.

"Og jeg fandt en fantastisk måde at studere denne drage på," tilføjede Andrei.

Og Dzintara konkluderede:

– Videnskaben har endnu engang bevist, at naturen kan bevare sine hemmeligheder selv i sådanne tilsyneladende ubetydelige ting som døde frøer. Den elektricitet, der begyndte med frostfodens lette bevægelse, trængte ind i alle områder af menneskets eksistens, udstødte dampmotorer fra fabrikker og baner og driver nu biler med benzinmotorer.

"Mor," spurgte Galatea. – Men mysteriet i jordskælvet Volta løste ikke?

"Nej, jeg løste det ikke," sukkede Dzintara. – Ed, som gav unge Alessandro, at opfylde endnu ikke under nogen magt. Vi forstår allerede, hvor jordskælv stammer fra, men vi kan stadig ikke forudsige hvornår og hvor følgende vil ske. På grund af vores uvidenhed hævder den ødelæggende kraft af tremor og den ledsagende tsunami årligt menneskeliv rundt om i verden.

Fra udtrykket på Galateas ansigt blev det klart, at hun straks ville tackle det mysterium, som Alessandro Volta selv ikke havde løst.


* Electrophore maskine – En anordning til akkumulering af elektrisk opladning ved hjælp af friktionen mellem to roterende diske.

Alessandro Volta (1745-1827) – Italiensk fysiker, kemiker og fysiolog, en af ​​grundlæggerne af teorien om elektricitet. Hans navn hedder måleenhedens elektriske spændings-volt.

Humphry Davy (1778-1829) – Engelsk kemiker og fysiker, en af ​​grundlæggerne af elektrokemi. Opdaget flere nye kemiske elementer.

Edmund Halley (1656-1742) – engelsk astronom, der beregnede kredsløbene på 24 kometer og korrekt forudsagde tilbagekomsten i 1758 af den lyse komet, som senere blev opkaldt efter ham.

Luigi Galvani (1737-1798) – Italiensk fysiker og fysiolog. Forsker af elektriske impulser i biologiske systemer.

Lukrets (ca. 99-55 år f.Kr.) – romersk digter og filosof, en tilhænger af materialisme og atomisme.

Apollos Apollosovich Musin-Pushkin (1760-1805) – Russisk aristokrat, kemiker, fysiker og mineralogist. Kendt for sine elektriske oplevelser og en ny måde at få platin på.

Vasily Vladimirovich Petrov (1761-1834) – Russisk fysiker og elektroingeniør. I 1802 skabte han et kraftigt 1700 volt batteri, opdagede den elektriske lysbue fænomen og viste, at den kan bruges til belysning, samt svejsning og smeltende metaller.

Enrico Fermi (1901-1954) – Italiensk fysiker, en af ​​skaberne af en atomreaktor. Vinder af Nobelprisen i fysik i 1938.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: